《测试技术》课后习题答案

第一章

1答：测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法，是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。

2答：测试系统由传感器、中间变换装臵和显示记录装臵三部分组成。传感器将被测物理量检出并转换为电量，中间变换装臵对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装臵则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装臵。

3答：在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。

4答：例如：全自动洗衣机中用到如下传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度) 液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测)。

第二章

1答：信号波形是指被测信号幅度随时间的变化历程。

2答：

从信号描述上分为：确定性信号与非确定性信号；

从信号的幅值和能量上分为：能量信号与功率信号；

从分析域上分为：时域与频域；

从连续性分为：连续时间信号与离散时间信号；

从可实现性分为：物理可实现信号与物理不可实现信号。

3答：可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。

4答：在所分析的区间（-∞，∞），能量为有限值的信号称为能量信号，能量不是有限值的信号称为功率信号。

5答：周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，但不保留原信号的相位信息。

6答：信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)。

时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频率分量的简谐波外，很难明确揭示信号的频率组成和各频率分量大小。信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。

7答：周期函数展开为傅立叶级数的物理意义: 把一个比较复杂的周期信号看成是许多不同频率的简谐信号的叠加。

8答：平均值、方差、均方值、概率密度函数、自相关函数、互相关函数、自功率谱密度函数、互功率谱密度函数、相干函数等。

第三章

1答：传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装臵。目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装臵。

2答：传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。

3 答：

工作原理：利用电阻应变片受力产生应变而使电阻值发生变化的原理来测量被测参数的大小。

特点：

⑴性能稳定，精度高。

⑵测量范围广。

⑶对环境条件适应能力强。

应变式传感器在称重，测力，测压力，扭力，加速度等参量方面得到广泛应用。

4答：电容式传感器是把被测物理量转化为电容器电容量变化的一种传感器。

特点：

⑴输入能量小，灵敏度高。

⑵动态特性好。

⑶能量损失小。

⑷结构简单，适应性好。

类型：变间隙式电容传感器、变面积式电容传感器、变介电常数式电容传感器使用中应注意：

（1）变间隙式电容传感器非线性较大，应采用差动结构和电路进行改善。

(2)电缆电容影响大。

解决方法：①采用双层屏蔽电缆。②采用小型集成电路，放在传感器内部，即传感器分测量电路一体化。

5答：电感式传感器是利用电磁感应原理，把被测量非电量转换为线圈电感的变化。

特点：

⑴结构简单，工作可靠；

⑵灵敏度高，分辨率较大；

⑶测量的精度较高；

⑷频率响应较低，不宜测试高频动态参数。

广泛用于测量位移及能引起位移变化的参量，如力，压力，速度，加速度，流量，厚度等。

6答：压电式传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为基础的。物质在机械力作用下发生变形时，内部产生极化现象，在它的两个表面上将产生符号相反的电荷，去掉外力时电荷立即消失。

特点：

⑴灵敏度高，信噪比大，工作可靠，体积小，重量轻。

⑵固有频率高，频带宽，动态响应特性好。主要用于测量动态参量，不适用于测静态参量。

⑶要求绝缘电阻高，要求采用严格的绝缘措施，使用绝缘性能良好的材料。

在测量加速度，动态压力、力方面得到广泛应用。

使用中应注意：

(1) 主要用于测量动态参量，不适用于测静态参量。

(2) 要求有很高的绝缘电阻。

(3) 使用电压放大器时，当改变电缆长度时，前臵放大器输入电压与传感器灵敏度都会发生变化。因此，在使用中，电缆不是规定的长度时，要重新标定灵敏度。

7答：霍耳式传感器的工作原理是利用霍尔效应：金属或半导体薄片臵于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。

8答：热电偶是由两种不同的导体A和B两端相连组合闭合回路。如果两端温度T和0T不相等时，回路中就有电流通过，即回路内出现了电动势，该电动势称为热电势。

基本定律：

（1）中间导体定律

在热电偶回路中，只要接入的中间导体两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。

（2） 连接导体定律

在热电偶回路中，如果热电偶A 和B 分别与连接导体'',B A 和相连接，接点温度分别为0,,T T T n 。则该回路的热电势等于热电偶A ，B 在温度为0,T T n 的热电势),(0T T E n AB 与连接导体'',B A 在温度为0,T T n 的热电势),(0'

'

T T E n B A 的代数和。

),(),(),,(00''''T T E T T E T T T E n B A n AB n A ABB +=

（3） 中间温度定律

两种导体A 和B 组成的热电偶，当接点温度为0,T T 时所产生的热电势，等于该热电偶一个接点温度为T ，另一个接点温度为n T 所产生的热电势与同一热电偶一个接点温度为n T ,另一个接点温度为0T 时所产生的热电势的代数和。

)

;(),(),(000T T E T T E T T E AB n AB AB +=

（4） 相配定律

由导体A 和B 组成的热电偶，当接点温度为0T 和T 时所产生的热电势，等于由导体A 和C 组成的热电偶，在两端温度也为0T T 和时所产生的热电势与由导体C 和B 组成的热电偶，在两端温度也为0T T 和时所产生的热电势的代数和。

),(),(),(),(),(00000T T E T T E T T E T T E T T E BC AC CB AC AB -=+=

冷端补偿：冰点法、修正法、补偿电桥法

9答：传感器选择的基本原则：

（1）传感器的使用环境：实验设备允许传感器的体积大小、安装方式以及信号的引出方式等；使用的温度，湿度，严酷度范围等

（2）传感器的静态性能包括量程、灵敏度和线性度等。量程，一般最大信号为满量程的60～80％；精度，线性度和灵敏度等反映传感器的精度；灵敏度决定信号的信噪比

（3）传感器的动态特性，响应速度，频率特性等